Transcript FYSIIKKA 8 AINE JASÄTEILY

+
FYSIIKKA 8
AINE JASÄTEILY
Hanna Sorsa
Helsingin Rudolf Steiner -koulu
+ Keskeiset sisällöt

sähkömagneettinen säteily, röntgensäteily, mustan kappaleen
säteily

valosähköilmiö

säteilyn hiukkasluonne ja hiukkasten aaltoluonne

Atomimallit, esimerkkinä Bohrin atomimalli

kvantittuminen, viivaspektri, atomin energiatilat ja
energiatasokaavio

atomiytimen rakenne

radioaktiivisuus ja säteilyturvallisuus

massan ja energian ekvivalenssi

ydinreaktiot ja ydinenergia

aineen pienimmät osaset ja niiden luokittelu
+
1 KVANTITTUMINEN MUUTTI
KÄSITYKSEN LUONNONILMIÖISTÄ

http://www.youtube.com/watch?v=tgjAap1jWl4&list=UURm1
c25y72BjWWDLB2frBpw&index=91&feature=plpp_video

Historiaa valon kvanttiteorian löytymisestä
+
1.1 Sähkömagneettinen säteily
Spektri esittää säteilyn
intensiteetin
aallonpituuden tai
taajuuden funktiona.
Hehkulampun
emissiospektri
Kaasu emittoi säteilyä vain
tietyillä aallonpituusalueilla:
viivaspektri
Emissiospektri on aineen
lähettämän eli emittoiman
sähkömagneettisen säteilyn
spektri.
Kiinteät kappaleet ja nesteet
emittoivat säteilyä kaikilla
aallonpituusalueilla: jatkuva
spektri
Kaasun absorptiospektristä
puuttuvat kaasun imemät eli
absorboimat aallonpituudet.
1.2 Säteilijän energia on kvantittunut (1/2)
Musta kappale absorboi kaiken siihen
osuvan säteilyn. (vrt. musta pinta ja valo)
Mustan kappaleen säteilyn spektri riippuu
kappaleen lämpötilasta.
Wienin siirtymälaki
Tλmax = b,
missä
T on kappaleen lämpötila
λmax on säteilyn intensiteettimaksimia vastaava aallonpituus
b on vakio = 2,897756 · 10-3 m · K.
Wienin siirtymälaki kuvaa säteilyn intensiteettimaksimin lämpötilariippuvuutta.
1.2 Säteilijän energia on kvantittunut (2/2)
Sähkömagneettisen säteilyn hiukkasmalli
Säteily koostuu energiakvanteista eli fotoneista.
Fotonin energia on
hc
E = hf = l
ja
fotonin liikemäärä on
h
p= l ,
missä
f on fotonin taajuus
λ on säteilyn aallonpituus
h on Plancin vakio = 6,6260755 · 10-34 Js.
+
Käsitteitä

HILA: optiikassa käytetty levy, jossa on yhdensuuntaisia ja
toisitaan yhtä etäällä olevia rakoja (tai uria). Hilaan osuessaan
valon eri aallonpituudet heijastuvat eri kulmissa
(diffraktoituminen)  spektri

FOTONI eli valokvantti on hiukkanen, joka välittää
sähkömagneettisen säteilyn. Se syntyy säteilyn emissiossa ja
häviää absorbtiossa. Fotonilla on sekä aaltoliikkeen että
hiukkasen ominaisuuksia.

KVANTITTUMINEN: Atomit luovuttavat ja vastaanottavat
energiaa vain tietyn suuruisina paketteina (kvantteina).
1.3 Valosähköilmiö (1/3)
• Valosähköisessä ilmiössä sähkömagneettinen säteily irrottaa
elektroneja metallin pinnasta. Irronneet elektronit ovat
fotoelektroneita.
• Irrotessaan metallin pinnasta elektroni absorboi fotonin, jonka
energia on hf. Elektronilla on irrotessaan liike-energia:
Ek = hf – W,
Missä hf on elektronien saama kokonaisenergia ja W on elektronien
irrottamiseen tarvittava työ.
1.3 Valosähköilmiö (2/3)
Valosähköilmiötä tutkitaan
tyhjiöputkella. Kokeessa
mitataan sähkövirtaa, kun
jännitettä, valon taajuutta ja
intensiteettiä muutetaan.
http://phet.colorado.edu/fi/simulation/photoelectri
c
Rajataajuudella fmin fotonin energia riittää heikoimmin
sidottujen elektronien irrottamiseen. Tällöin elektronit eivät saa
liike-energiaa ja elektronien irrottamiseen tarvittava energia on
irrotustyö
Wmin = hfmin.
Fotoelektronien suurin mahdollinen liike-energia on
Ekmax = hf – Wmin.
Rajataajuuden fmin ja irrotustyön Wmin suuruudet riippuvat
käytetystä metallista.
Rajataajuutta pienemmillä taajuuden arvoilla valosähköilmiötä
ei tapahdu.
1.3 Valosähköilmiö (3/3)
Comptonin sironta
Kun fotoni törmää kimmoisasti vapaaseen
elektroniin, osa fotonin energiasta muuttuu
elektronin liike-energiaksi:
Ek = hf0 – hf,
Missä f0 on tulevan säteilyn taajuus ja f on sironneen säteilyn taajuus.
Valosähköilmiö ja Comptonin sironta osoittavat, että valo koostuu
fotoneista, joiden energia on kvantittunut. Valo käyttäytyy joissakin
tilanteissa kuin hiukkanen.
Plancin vakion kokeellinen määrittäminen:
http://www.youtube.com/watch?v=NVnkMR_myw8&feature=relmfu